發(fā)電機(jī)組真空除氧器汽液兩相流疏水器整定與設(shè)計(jì)

分析當(dāng)前1000MW超超臨界發(fā)電機(jī)組真空除氧器汽液兩相流疏水器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)不完善的兩個(gè)主要原因，一是調(diào)節(jié)器參數(shù)整定沒有做到科學(xué)化，二是可以避免的狀態(tài)切換擾動(dòng)沒有針對(duì)性的邏輯設(shè)計(jì)。提出優(yōu)化方法，一是給出真空除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定計(jì)算方法，二是無(wú)擾切換判斷邏輯設(shè)計(jì)。
真空除氧器水位的穩(wěn)定對(duì)鍋爐給水泵、汽輪機(jī)軸封冷卻器、凝結(jié)水泵和汽輪機(jī)背壓以及凝結(jié)水雜用水用戶都有重要影響。目前普遍采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)真空除氧器水位的方法，還有少數(shù)采用變頻凝結(jié)水泵控制真空除氧器水位。鑒于電力行業(yè)內(nèi)近期發(fā)生的變頻設(shè)備(凝結(jié)水泵)運(yùn)行中機(jī)械設(shè)備損壞事件，以及基于1000MW機(jī)組凝結(jié)水調(diào)負(fù)荷節(jié)能型協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的開發(fā)及研究項(xiàng)目。對(duì)真空除氧器水位控制提出了更高的要求，本文給出真空除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定計(jì)算方法和無(wú)擾切換判斷邏輯設(shè)計(jì)。
真空除氧器工藝流程
真空除氧器是發(fā)電機(jī)組熱力循環(huán)當(dāng)中的儲(chǔ)水設(shè)備，與其連接的設(shè)備主要有來自低壓加熱器的供給凝結(jié)水的管道和供給鍋爐用水的給水管道，還有抽汽管道、輔助蒸汽管道、排汽到疏水?dāng)U容器管道、排水到凝汽器管道、來自高加正常疏水管道、高加連續(xù)排汽管道、排水到機(jī)組排水槽管道。
某廠為1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組。真空除氧器型號(hào)為GC－3250/GS－350。除氧水箱設(shè)計(jì)壓力為1.46MPa，設(shè)計(jì)溫度為390℃。除氧水箱為臥式圓筒形容器，內(nèi)徑4200mm，筒長(zhǎng)33400mm。
真空除氧器的出水管道連接2臺(tái)電動(dòng)給水前置泵、2臺(tái)汽泵，供給鍋爐的用水。
發(fā)電機(jī)組的熱工控制系統(tǒng)采用國(guó)產(chǎn)的和利時(shí)MACSV6控制系統(tǒng)。
2真空除氧器汽液兩相流疏水器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和整定計(jì)算
單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定
發(fā)電機(jī)組鍋爐點(diǎn)火時(shí)凝結(jié)水流量約為400t/h。隨著爐膛溫度逐漸升高，鍋爐需要的給水增多，凝結(jié)水量隨之上升到800t/h以上，當(dāng)給水流量約達(dá)到1481t/h時(shí)發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行。所以單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作在發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)的前半程。在調(diào)節(jié)對(duì)象傳遞函數(shù)相同的情況下，串級(jí)三沖量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器參數(shù)整定結(jié)果也適用于單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器3。
3真空除氧器汽液兩相流疏水器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的信號(hào)分析
3.1調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析
圖1中，給水流量的系數(shù)0.76不精準(zhǔn)，造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)的三沖量主調(diào)節(jié)器輸出不為零。若把副調(diào)節(jié)器給定值=主調(diào)節(jié)器輸出+給水流量×0.76×0.03，改為副調(diào)節(jié)器給定值=(主調(diào)節(jié)器輸出+給水流量×0.76)×0.03，那么系數(shù)0.03造成主調(diào)節(jié)器輸出非零值進(jìn)一步擴(kuò)大，如表3所示。主調(diào)節(jié)器輸出非零值意味著主調(diào)節(jié)器進(jìn)口有調(diào)節(jié)偏差，造成不必要的調(diào)節(jié)過渡過程之后才達(dá)到穩(wěn)態(tài)。此處的系數(shù)0.03造成主調(diào)節(jié)器作用非常弱，調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差很大。
表3主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)表
發(fā)電機(jī)組負(fù)荷/MW 三沖量主調(diào)節(jié)器輸出值
354 22.0
400 23.4
500 37.7
600 46.4
700 49.1
800 56.0
900 59.3
1000 64.8
3.2關(guān)于無(wú)擾切換的分析
存在擾動(dòng)的兩個(gè)來源:變比例調(diào)節(jié)與分段調(diào)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)狀態(tài)切換無(wú)擾，調(diào)節(jié)器應(yīng)有跟蹤功能，設(shè)置跟蹤開關(guān)、跟蹤信號(hào)選擇邏輯，見圖4和圖5。當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)狀態(tài)切換擾動(dòng)無(wú)法避免時(shí)，在主調(diào)節(jié)閥手操器入口、副調(diào)節(jié)閥手操器入口設(shè)置限速器加以抑制，見圖6。
圖4跟蹤開關(guān)邏輯圖
圖5選擇跟蹤值邏輯圖
圖7跟蹤開關(guān)及跟蹤值時(shí)序圖
圖6變比例調(diào)節(jié)和分段調(diào)節(jié)邏輯圖
注意跟蹤值不應(yīng)位于其信號(hào)死區(qū)。跟蹤值從高到低優(yōu)先依次為自動(dòng)狀態(tài)的閥門指令，有值班員干預(yù)的、被監(jiān)視的閥門指令。
各個(gè)功能切換狀態(tài)如下。
1)兩個(gè)調(diào)節(jié)閥全手動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)器跟蹤，跟蹤值為副調(diào)節(jié)閥閥位。
2)僅主調(diào)節(jié)閥切到手動(dòng)的瞬間，對(duì)副調(diào)節(jié)閥無(wú)影響，無(wú)變比例調(diào)節(jié)擾動(dòng)。
3)僅副調(diào)節(jié)閥切到手動(dòng)的瞬間，對(duì)主調(diào)節(jié)閥有影響，有變比例調(diào)節(jié)擾動(dòng)。應(yīng)跟蹤主調(diào)節(jié)閥閥位。見圖7跟蹤開關(guān)及跟蹤值時(shí)序圖中的“A情況”。
4)僅副調(diào)節(jié)閥切到自動(dòng)的瞬間，應(yīng)跟蹤副調(diào)節(jié)閥閥位。
5)僅主調(diào)節(jié)閥切到自動(dòng)的瞬間，應(yīng)跟蹤主調(diào)節(jié)閥閥位。
6)主調(diào)節(jié)閥居于二個(gè)切到自動(dòng)的瞬間，應(yīng)跟蹤副調(diào)節(jié)閥閥位。見圖7中的“B情況”。
7)副調(diào)節(jié)閥居于二個(gè)切到自動(dòng)的瞬間，對(duì)主調(diào)節(jié)閥有變比例調(diào)節(jié)擾動(dòng)，應(yīng)跟蹤副調(diào)節(jié)閥閥位。此時(shí)主調(diào)節(jié)閥指令由變比例函數(shù)切換到分段函數(shù)，造成立即關(guān)小主閥，同時(shí)副調(diào)節(jié)閥迅速開大。此時(shí)預(yù)備操作方法為開大副調(diào)節(jié)閥，同時(shí)關(guān)小主調(diào)節(jié)閥，靠近和滿足分段函數(shù)的主、副閥位分配關(guān)系，先投入副調(diào)節(jié)閥自動(dòng)，后投入主調(diào)節(jié)閥自動(dòng)。這種狀況無(wú)法避免擾動(dòng)，應(yīng)將正確的預(yù)備操作方法寫入操作規(guī)程。見圖7中的“C情況”。
3.3調(diào)節(jié)閥指令限速器使能的分析
由圖6可知，發(fā)生圖7中A情況時(shí)，真空除氧器水位主調(diào)節(jié)閥指令由分段函數(shù)∫(x1)的輸出切換到變比例函數(shù)∫(x3)的輸出，可能置位主調(diào)節(jié)閥手操器前的限速器使能。若跟蹤主調(diào)節(jié)閥指令，則無(wú)擾。
發(fā)生圖7中B情況時(shí)，真空除氧器水位主調(diào)節(jié)閥指令由當(dāng)前值班員預(yù)設(shè)的位置，階躍變化到分段函數(shù)∫(x1)的輸出，可能置位主調(diào)節(jié)閥手操器前的限速器使能。
發(fā)生圖7中C情況時(shí)，真空除氧器水位主調(diào)節(jié)閥指令由變比例函數(shù)∫(x3)的輸出切換到分段函數(shù)∫(x1) 的輸出，必然置位主調(diào)節(jié)閥手操器前的限速器使能。
從圖7中看出，副調(diào)節(jié)閥手操器前限速作用總不使能，說明跟蹤開關(guān)和跟蹤值選擇邏輯的效果使得副調(diào)節(jié)閥無(wú)擾動(dòng)跳變。
3.4對(duì)真空除氧器汽液兩相流疏水器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)建議
1)以折線函數(shù)∫(x)取代恒值0.76，用以確定凝結(jié)水流量與給水流量的配比，以生產(chǎn)實(shí)際的量值修正函數(shù)關(guān)系。
2)依照副調(diào)節(jié)器給定值=主調(diào)節(jié)器輸出+給水流量×0.03×∫(x)，注意運(yùn)算次序。
3)副調(diào)節(jié)器跟蹤開關(guān)、調(diào)節(jié)器3跟蹤開關(guān)增加條件:主閥自動(dòng)并且副閥切入手動(dòng)0.5s脈沖，或主閥自動(dòng)并且副閥切入自動(dòng)0.5s脈沖。
4)主、副調(diào)節(jié)閥手操器進(jìn)口限速器限速條件:主調(diào)節(jié)閥手動(dòng)時(shí)不限速，限速器進(jìn)出口差值大于2時(shí)限速。

真空除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)應(yīng)充分利用真空除氧器的容積裕量，兼顧凝結(jié)水壓力穩(wěn)定的要求，采用較大的衰減率。這樣有利于凝結(jié)水雜用水用戶、軸封冷卻器和凝結(jié)水泵的穩(wěn)定運(yùn)行。充分利用邏輯編程功能，構(gòu)成復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)，防止?fàn)顟B(tài)切換的擾動(dòng)。實(shí)踐當(dāng)中的熱工自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)常優(yōu)化參數(shù)和變更邏輯設(shè)計(jì)方案，此時(shí)應(yīng)配合數(shù)學(xué)工具進(jìn)行，防止疏漏和沒有化簡(jiǎn)的邏輯，應(yīng)該調(diào)試和驗(yàn)收。